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1 设计依据
要求指明本设计的设计输入文件的名称和文件编号。设计输入文件一般是对应的“产品内控标准”、“技术接口书”和“产品规格书”。举例如：
文件名称：《XXXXXXX产品规格书》 文件编号：XXX-XXX-XXXXXX
文件名称：《XXXXXXX产品总体设计说明书》 文件编号：XXX-XXX-XXXXXX
2 规范性引用文件
将本文档中中引用到的所有引用文件一一列出。例如： 文件名称：《元器件的选用与表述指南》 文件编号：Z07-Q3-000213 文件名称：《印制电路板设计规范》 文件编号：Z07-F2-000008 文件名称：《电路逻辑图制图指南》 文件编号：Z07-Q3-000217
3 产品功能
描述产品的功能
4 技术指标
直接将产品规格书中的技术指标拷贝过来。
5 接口说明
电气接口规格：
描述该板卡或模块与母板的连接器定义、端子定义、指示灯定义、应遵守的工艺规范等。可直接将产品规格书中设计规范章节的相关部分拷贝过来。
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6 硬件原理说明
6.1 硬件原理框图
硬件原理框图：按数据流程绘制原理框图 图例 回读SPIADS7844高速光耦X5045SPIAO1PV/I电路AO3P??欧式连接器V/I电路DAC8554高速光耦限流电路限流电路?MOCD213MOCD213AQW614AQY275站地址485收发器SPIAI1ADS1242AI2ADS1242DI1P信号调理SPISPI高速光耦AT89C51ED2EPC3T144DI7P?信号调理DO1P回读DO2P回读DP通讯 图1 模块原理框图
6.2 电路原理分析
包括元器件的选型分析和选用的说明和电路分析
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以下为示例
6.2.1 单通道原理 1．AI部分 端子板限流电路4~20mA110ΩADS1242高速光耦EP1C3T144CPU24V24VCRM2409S24V
图2 模块AI部分单通道原理框图 AD采用ADS1242，AD与系统间用高速的光耦进行SPI通讯。 2．AO部分 CPUEP1C3T144高速光耦DAC8554V/I转换电路防反二极管4~20mA电流输出高速光耦ADS7844信号调理输出信号回读 图3 模块AO部分单通道原理框图
AO部分使用底板上的24V电源，通过光耦实现与系统的SPI通讯。 3．DI部分
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+24V R1 i1 +5V i4 i3 i2 D1 R2 信号调理 EP1C3 T144端子板 图4 模块DI部分单通道原理框图 对本模块是触点输入型，共负端，所以7通道的负端电平相同，与24V-也相同。光耦放置在端子板上，光耦采用MOCD213,取R2=510?，R1= 4.7K?，经实际测量光耦二极管两端电压在光耦导通时，有VF = 1.1V，所以有 i2 = VF/R2 = 1.1/510 ? 2.16 mA , i1 = (24-1.1)/ 4.7 ? 4.87mA 规格要求查询电流为5mA,基本符合，这时光耦发光二极管侧的导通电流是 i1- i2 ,约为2.71mA，根据光耦电流传输比, 实际调整R3为10K?. 综上，R1 ? 4 .7K?，R2 ? 510?， R3 = 10K?。 4．DO 部分 CPUEP1C3T14474ACT245470ΩAQY275或AQW614端子板+LM293-3.0V 图5 DO部分单通道原理框图 模块采用5V控制的固态继电器AQY275和AQW614，继电器放在端子板上。74ACT245是用来做驱动的。回读是靠电压比较器LM293来完成的，继电器AQY275的输入端的二极管的最大管压降是1.5V，AQW614输入端的二极管的最大管压降是2.5V，如果DO的输出为1，并且AQY275的功能正常，则LM293的正端输入电压小于3V，则LM293输出值为低电平，如果AQY275的输入端二极管故障，故障状态为开路， LM293的正端的输入电压4.4V（74ACT245的VOH最小为（开路时）4.4V）， 则LM293的输出值为高电平。对于AQW614同样的分析原理。 如果DO的输出为0，或这AQY275的输入端二极管故障状态为短路的情况，则检测不到故障。 6.2.2 过压保护 AI部分：AI输入有过流保护电路，可以承受30V的过压。 AO部分：AO有一个防反的二极管，可以承受+30V的过压。 4 / 17
DI部分：当外加60V电压时，i3 = i1-i2 = (60-1.1)/4.7 – 2.16 ? 10.4 mA ,该光耦的IF（MAX）是60mA , 所以正向60VDC电压是可以满足要求的。当外加-60VDC电压时，流经D1的电流约12.8mA,而二极管BYM10-100-E3的最大电流可达1.0A，所以反向电压是可以满足的。
DO部分：DO1选用的是AQY275固态继电器，输出是无极性的，正常的负载电压为100V，是可以承受72V的过压的。
DO2选用AQW614固态继电器，输出为无极性，正常的负载电压为400V，满足通道过压设计要求。
6.2.3 AD转换
ADC转换芯片采用的是ADS1242，ADS1242为一个24位的Σ-ΔAD芯片，最少有效位为19
位（PGA=128），满足AD分辨率不低于16位的要求，AD的转换速率可设定为 fdata?15Hz，则每个通道的数据更新时间为1/15=66.7ms，满足全通道扫描10次/秒的要求。在AD的转换速率为 fdata?15Hz的情况下，ADS1242针对50Hz干扰信号的典型共模抑制比为120dB，差模抑制比为100dB，因此是可以满足共模抑制比优于120dB，差模抑制比优于60dB的要求的。 ADS1242的共模、差模参数如下：
图3 ADS1242 参数
电流 采样电阻选用的是精密电阻，精度为0.02%，温漂5ppm/K，初始的精度误差是可以通过系统校准来减小的，所以选用精度0.02%的电阻是可以满足设计精度0.02%的要求的。
6.2.4 光耦速度分析
HCPL-0661的速度分析：HCPL-0661的通断时间如下图所示：
图4 HCPL-0661开关时间
从图中可以看出，HCPL-0661的速度至少能达到30Mbit/S，按这个速率进行估算，实际模拟的SPI的速度可以为100Kbit/S，
则2个通道AI的SPI口的数据量为2*8*5=80bit，数据通信时间为80/100K=0.8ms，小于100 ms，满足全通道扫描10次/秒的要求。
3个通道AO的数据量为3*24=72bit，数据通信时间为72/100K=0.72ms，满足建立时间小于20mS的要求。
3个通道的AO的回读3*20=60bit，数据通信时间为60/100K=0.6ms 用在SPI上的时间，是比较短的。 6.2.5 温漂估算 温漂与器件选择有关，我们选的都是低温漂器件，
AI部分：最主要的有4种器件： 温漂与器件选择有关，我们选的都是低温漂器件，最主要的有3种器件： 1．电压参考源 REF3225基准源封装小（SOT23-6封装）；0℃~125℃之间温漂最大为7ppm/℃，-40℃
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硬件原理详细说明书(模板)
